JP2019193373A

JP2019193373A - 定位置停止制御装置

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Publication number: JP2019193373A
Application number: JP2018081519A
Authority: JP
Inventors: 雄介高橋; Yusuke Takahashi; 広幸小林; Hiroyuki Kobayashi; 拓也二神; Takuya Futagami; 勝大堀江; Katsuhiro Horie; 直人瀬戸; Naoto Seto; 陽平服部; Yohei Hattori; 一夫藤浦; Kazuo Fujiura
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: JP7210157B2

Abstract

【課題】停止位置への列車の停止精度を向上する。【解決手段】定位置停止制御装置２０は、検出部２０２と、算出部２０３，２０４と、制御部２０５と、を備える。検出部は、列車が備える撮像部によって列車の前方を撮像して得られる撮像画像内において、列車の軌道の周辺に存在し、かつ、列車の停止位置を特定可能とする対象物を検出する。算出部は、対象物の検出結果に基づいて、列車と対象物との間の相対距離を算出し、かつ、相対距離の算出結果に基づいて、列車の速度を算出する。制御部は、相対距離および列車の速度の算出結果に基づいて、列車が所定位置に停止するように、列車の走行を制御する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、定位置停止制御装置に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）やトランスポンダー等を用いて列車の位置や速度を検出し、その検出結果に基づいて、列車を停止位置に停止させる方法が開発されている。

特開２０１８−２８５１６号公報

しかしながら、ＧＰＳを用いて列車を停止位置に停止させる方法では、屋根のある車庫や駅等を列車が走行している場合、衛星からの電波の受信が困難となり、列車の位置や速度を検出することができず、列車を停止位置に対して正確に停止させることができない場合がある。また、列車の車輪速を用いて列車の位置や速度を検出し、その検出結果に基づいて列車を停止位置に停止させる方法もあるが、列車が低速で走行している場合、列車の位置や速度の検出精度が低下し、列車を停止位置に対して正確に停止させることができない場合がある。また、トランスポンダーを用いて列車を停止位置に停止させる方法は、トランスポンダーが設置された位置においてしか停止位置までの距離を求めることができないため、列車を停止位置に正確に停止させることができない場合がある。さらに、トランスポンダーの定期的なメンテナンスが必要となる。

実施形態の定位置停止制御装置は、検出部と、算出部と、制御部と、を備える。検出部は、列車が備える撮像部によって列車の前方を撮像して得られる撮像画像内において、列車の軌道の周辺に存在しかつ列車の停止位置を特定可能とする対象物を検出する。算出部は、対象物の検出結果に基づいて、列車と対象物との間の相対距離を算出し、かつ相対距離の算出結果に基づいて、列車の速度を算出する。制御部は、相対距離および列車の速度の算出結果に基づいて、列車が所定位置に停止するように、列車の走行を制御する。

図１は、本実施形態にかかる鉄道車両の概略構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態にかかる鉄道車両が有する定位置停止制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図３は、本実施形態にかかる鉄道車両による停止位置への停止制御の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる定位置停止制御装置を適用した鉄道車両について説明する。

図１は、本実施形態にかかる鉄道車両の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる鉄道車両ＲＶ（列車の一例）は、センサ１０、定位置停止制御装置２０、記録装置３０、および表示装置４０を含む。

センサ１０は、鉄道車両ＲＶに備えられかつ鉄道車両ＲＶの前方（進行方向）を撮像可能に設けられる撮像部の一例である。本実施形態では、センサ１０は、鉄道車両ＲＶの進行方向における軌道の周辺に存在する対象物までの距離を特定可能とするステレオカメラである。

定位置停止制御装置２０は、鉄道車両ＲＶの停止位置（例えば、駅や車庫の停止位置。所定位置の一例）への停止を制御する装置である。記録装置３０は、鉄道車両ＲＶの停止位置への停止の制御に用いる各種情報を記憶する。表示装置４０は、鉄道車両ＲＶと停止位置との間の距離（以下、相対距離と言う）や鉄道車両ＲＶの速度（以下、列車速度と言う）等の各種情報を表示する。

図２は、本実施形態にかかる鉄道車両が有する定位置停止制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、定位置停止制御装置２０は、画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、停止制御部２０５、および記憶部２０６を有する。

本実施形態では、画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、および停止制御部２０５のうち一部若しくは全ては、鉄道車両ＲＶが有するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが記憶部２０６に記憶されるソフトウェアを実行することによって実現される。

また、画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、および停止制御部２０５のうち一部若しくは全ては、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の回路基板であるハードウェアによって実現されても良い。または、画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、および停止制御部２０５は、プロセッサによって実行されるソフトウェア、およびハードウェアの協働によって実現されても良い。

記憶部２０６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＤカード等の不揮発性の記憶媒体、およびＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性記憶媒体を含む。そして、記憶部２０６は、鉄道車両ＲＶが有するプロセッサが実行するプログラム等の各種情報を記憶する。

画像取得部２０１は、センサ１０の撮像により得られる撮像画像を取得する。本実施形態では、画像取得部２０１は、センサ１０がステレオカメラである場合、鉄道車両ＲＶの前方を異なる視点から撮像して得られる複数の撮像画像を取得する。また、本実施形態では、画像取得部２０１は、センサ１０から、予め設定された周期（例えば、センサ１０のフレームレート）で、撮像画像を連続的に取得する。

対象物検出部２０２は、画像取得部２０１により取得される撮像画像内において、鉄道車両ＲＶの停止位置を特定可能とする対象物を検出する。ここで、対象物は、鉄道車両ＲＶの進行方向における軌道の周囲に存在する物体であり、駅や車庫の線路周辺に設置される停止位置目標等の標識である。停止位置目標は、鉄道車両ＲＶの車両限界の上方や、線路の脇でありかつ建築限界の内側、鉄道車両ＲＶが停止するホームの上方または下方、鉄道車両ＲＶが走行する線路のレールの間（例えば、線路の枕木の上）に設置され、運転士が鉄道車両ＲＶを停止させる位置を示す目標物である。

また、停止位置目標は、鉄道車両ＲＶの属性毎に設置位置が異なることがある。その場合、対象物検出部２０２は、検出した停止位置目標の形状、および当該停止位置目標に表示された表示情報（例えば、色、文字、二次元バーコード）のうち少なくとも１つに基づいて、検出した停止位置目標において停止させる鉄道車両ＲＶの属性（例えば、鉄道車両ＲＶの編成や種別）を取得する。

本実施形態では、記憶部２０６は、対象物の形状および対象物に表示される表示情報の少なくとも一方と、停止位置目標により特定される停止位置に停止させる鉄道車両ＲＶの属性とを対応付ける属性情報を記憶する。対象物検出部２０２は、記憶部２０６に記憶される属性情報において、対象物の形状および表示情報の少なくとも一方と対応付けられる属性を、停止位置目標により特定される停止位置に停止させる鉄道車両ＲＶの属性として取得する。そして、対象物検出部２０２は、鉄道車両ＲＶ自身の属性と一致する属性が取得される停止位置目標を検出する。

また、対象物は、停止位置目標に限定されず、鉄道車両ＲＶを停止させる停止位置を特定可能な標識等の物体であれば良い。

また、対象物検出部２０２は、対象物の位置から停止位置までの距離を表す数字（例えば、５０ｍ、２０ｍ、１０ｍ）が対象物に表示されている場合には、当該停止位置までの距離を取得する。

相対距離算出部２０３は、対象物検出部２０２による対象物の検出結果に基づいて、鉄道車両ＲＶと対象物との間の相対距離を算出する。本実施形態では、相対距離算出部２０３は、対象物検出部２０２により対象物が検出される度に、相対距離を連続的に算出する。

また、本実施形態では、相対距離算出部２０３は、センサ１０がステレオカメラである場合には、異なる視点から撮像して得られる複数の撮像画像内における対象物の視差に基づいて相対距離を算出する。または、本実施形態では、相対距離算出部２０３は、撮像画像内における対象物の寸法に基づいて相対距離を算出する。具体的には、記憶部２０６は、対象物検出部２０２により検出する対象物の実際の寸法を示す対象物情報を記憶する。そして、相対距離算出部２０３は、記憶部２０６に記憶される対象物情報が示す対象物の実際の寸法（既知の対象物の寸法）と、撮像画像内における対象物の寸法とに基づいて相対距離を算出する。

また、本実施形態では、相対距離算出部２０３は、センサ１０がステレオカメラである場合、異なる視点から撮像して得られる複数の撮像画像内における対象物の視差に基づいて相対距離の候補を算出する第１算出方法と、当該複数の撮像画像それぞれにおける対象物の寸法に基づいて相対距離の候補を算出する第２算出方法とを実行する。そして、相対距離算出部２０３は、第１算出方法により算出される相対距離の候補および第２算出方法により算出される相対距離の候補に基づいて、相対距離を算出しても良い。

具体的には、相対距離算出部２０３は、第１算出方法により算出される相対距離の候補と、第２算出方法により算出される相対距離の候補と、の類似度が低い場合（例えば、相対距離の候補間の差分が大きい場合）、対象物に汚れや水滴等が付着していて、第１算出方法によって正確に相対距離を算出できない可能性が高い。

そのため、相対距離算出部２０３は、第２算出方法により算出される相対距離の候補に基づいて、相対距離を算出する。例えば、相対距離算出部２０３は、第２算出方法により算出される相対距離の候補の平均を、相対距離として算出する。または、相対距離算出部２０３は、第２算出方法により算出される相対距離の候補のうち、前回算出された相対距離との差分が予め設定された閾値以下の相対距離の候補を、相対距離として算出しても良い。

また、本実施形態では、相対距離算出部２０３は、対象物検出部２０２によって、鉄道車両ＲＶの進行方向における位置が一致する複数の対象物が検出された場合、当該対象物毎に、相対距離の候補を算出する。そして、相対距離算出部２０３は、対象物毎に算出した相対距離の候補に基づいて、相対距離を算出する。

具体的には、相対距離算出部２０３は、算出した相対距離の候補のうち、前回算出した相対距離との差異が予め設定された範囲内の相対距離の候補に基づいて、相対距離を算出する。例えば、相対距離算出部２０３は、算出した相対距離の候補のうち、前回算出した相対距離との差異が予め設定された範囲内の相対距離の候補の平均を、相対距離として算出する。または、相対距離算出部２０３は、算出した相対距離の候補毎に、他の相対距離の候補との類似度を算出し、算出した類似度が予め設定された類似度以上の相対距離の候補に基づいて、相対距離を算出する。例えば、相対距離算出部２０３は、算出した類似度が予め設定された類似度以上の相対距離の候補の平均を相対距離として算出する。

列車速度算出部２０４は、対象物検出部２０２により対象物の検出結果に基づいて、鉄道車両ＲＶの列車速度を算出する。本実施形態では、列車速度算出部２０４は、相対距離算出部２０３により連続的に算出される相対距離に基づいて、鉄道車両ＲＶの列車速度を算出する。

また、本実施形態では、列車速度算出部２０４は、対象物検出部２０２によって、鉄道車両ＲＶの進行方向における位置が一致する複数の対象物が検出された場合、当該対象物毎に、列車速度の候補を算出する。具体的には、列車速度算出部２０４は、対象物毎に算出される相対距離の候補に基づいて、対象物毎に列車速度の候補を算出する。

そして、列車速度算出部２０４は、対象物毎に算出した列車速度の候補に基づいて、列車速度を算出する。例えば、列車速度算出部２０４は、算出した列車速度の候補のうち、前回算出した列車速度との差異が予め設定された範囲内の列車速度の候補を、列車速度として算出する。または、列車速度算出部２０４は、算出した列車速度の候補毎に、他の列車速度の候補との類似度を算出し、算出した類似度が予め設定された類似度以上の列車速度の候補を列車速度として算出する。

停止制御部２０５は、相対距離算出部２０３により算出される相対距離および列車速度算出部２０４により算出される列車速度に基づいて、鉄道車両ＲＶが所定位置に停止するように、鉄道車両ＲＶの走行を制御する。本実施形態では、停止制御部２０５は、相対距離算出部２０３により算出される相対距離と、対象物検出部２０２により検出される対象物と、に基づいて、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を求め、当該求めた距離と列車速度とに基づいて、鉄道車両ＲＶが停止位置に停止するように、鉄道車両ＲＶの走行を制御する。

具体的には、停止制御部２０５は、対象物の位置から停止位置までの距離を表す数字が対象物に表示されている場合には、相対距離と、対象物に表示された停止位置までの距離と、に基づいて、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を求める。また、停止制御部２０５は、対象物検出部２０２によって対象物から鉄道車両ＲＶの属性（鉄道車両ＲＶの車種、編成数、系列）を取得した場合、記憶部２０６に記憶される停止位置情報において、鉄道車両ＲＶの属性と対応付けて記憶される、対象物の位置から停止位置までの距離を特定する。停止位置情報は、鉄道車両ＲＶの属性と、対象物の位置から停止位置までの距離と、を対応付ける情報である。次いで、停止制御部２０５は、当該特定した距離と、相対距離と、に基づいて、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を求める。また、停止制御部２０５は、対象物が停止位置目標の場合には、相対距離を、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離として求める。

次いで、停止制御部２０５は、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離と、列車速度算出部２０４により算出される列車速度とに基づいて、鉄道車両ＲＶが停止位置で停止するように、鉄道車両ＲＶの走行を制御する。これにより、屋根のある車庫や駅等に鉄道車両ＲＶを停止させる場合や高い建物に囲まれている位置で鉄道車両ＲＶを停止させる場合や、鉄道車両ＲＶが低速で走行していて鉄道車両ＲＶの車輪速を用いて鉄道車両ＲＶの列車速度を正確に求めることができない場合等であっても、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離および鉄道車両ＲＶの列車速度を正確に求めることができる。その結果、停止位置への鉄道車両ＲＶの停止精度を向上させることができる。

また、トランスポンダーが設置されていない位置でも、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を連続的に求めることができるので、停止位置への鉄道車両ＲＶの停止精度を向上させることができる。さらに、トランスポンダーを設置しなくても、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を求めることができるので、トランスポンダーのメンテナンスにかかるコストを削減することができる。

図３は、本実施形態にかかる鉄道車両による停止位置への停止制御の流れの一例を示すフローチャートである。本実施形態では、画像取得部２０１は、鉄道車両ＲＶの運転士が操作可能な操作部等の外部装置から、鉄道車両ＲＶの停止制御の実行が指示されると、センサ１０により鉄道車両ＲＶの前方（進行方向）を撮像して得られる撮像画像を取得する（ステップＳ３０１）。

対象物検出部２０２は、画像取得部２０１により取得される撮像画像内において、鉄道車両ＲＶの進行方向の軌道の周囲に存在する対象物を検出する（ステップＳ３０２）。次いで、相対距離算出部２０３は、対象物検出部２０２による対象物の検出結果に基づいて、鉄道車両ＲＶと対象物との間の相対距離を算出する（ステップＳ３０３）。さらに、列車速度算出部２０４は、相対距離算出部２０３により連続的に算出される相対距離に基づいて、鉄道車両ＲＶの列車速度を算出する（ステップＳ３０４）。

その後、停止制御部２０５は、相対距離算出部２０３により算出される相対距離と対象物検出部２０２により検出される対象物とに基づいて、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離を求め、当該求めた距離と列車速度とに基づいて、鉄道車両ＲＶが停止位置に停止するように、鉄道車両ＲＶの走行を制御する（ステップＳ３０５）。その際、停止制御部２０５は、鉄道車両ＲＶに停止するまで、鉄道車両ＲＶの走行を制御しても良いし、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離が予め設定された距離以下となった場合に、鉄道車両ＲＶの走行の制御を終了して、運転士の操作によって鉄道車両ＲＶを停止させる構成であっても良い。

このように、本実施形態にかかる定位置停止制御装置２０によれば、屋根のある車庫や駅等に鉄道車両ＲＶを停止させる場合や高い建物に囲まれている位置で鉄道車両ＲＶを停止させる場合や、鉄道車両ＲＶが低速で走行していて鉄道車両ＲＶの車輪速を用いて鉄道車両ＲＶの列車速度を正確に求めることができない場合等であっても、鉄道車両ＲＶの現在位置から停止位置までの距離および鉄道車両ＲＶの列車速度を正確に求めることができる。その結果、停止位置への鉄道車両ＲＶの停止精度を向上させることができる。

なお、本実施形態の定位置停止制御装置２０で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の定位置停止制御装置２０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の定位置停止制御装置２０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の定位置停止制御装置２０で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の定位置停止制御装置２０で実行されるプログラムは、上述した各部（画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、および停止制御部２０５）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵが上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ画像取得部２０１、対象物検出部２０２、相対距離算出部２０３、列車速度算出部２０４、および停止制御部２０５が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２０定位置停止制御装置
２０１画像取得部
２０２対象物検出部
２０３相対距離算出部
２０４列車速度算出部
２０５停止制御部
２０６記憶部
ＲＶ鉄道車両

Claims

列車が備える撮像部によって前記列車の前方を撮像して得られる撮像画像内において、前記列車の軌道の周辺に存在しかつ前記列車の停止位置を特定可能とする対象物を検出する検出部と、
前記対象物の検出結果に基づいて、前記列車と前記対象物との間の相対距離を算出し、かつ前記相対距離の算出結果に基づいて、前記列車の速度を算出する算出部と、
前記相対距離および前記列車の速度の算出結果に基づいて、前記列車が所定位置に停止するように、前記列車の走行を制御する制御部と、
を備える定位置停止制御装置。
前記算出部は、前記列車の進行方向における位置が一致する複数の前記対象物が検出された場合、前記対象物毎に、前記相対距離の候補および前記列車の速度の候補を算出し、前記相対距離の候補および前記列車の速度の候補に基づいて、前記相対距離および前記列車の速度を算出する請求項１に記載の定位置停止制御装置。
前記算出部は、前記撮像画像内における前記対象物のサイズに基づいて、前記相対距離を算出する請求項１に記載の定位置停止制御装置。
前記撮像部は、ステレオカメラであり、
前記算出部は、前記ステレオカメラの撮像により得られる複数の前記撮像画像内における前記対象物の視差に基づいて、前記相対距離を算出する請求項１に記載の定位置停止制御装置。
前記算出部は、前記ステレオカメラの撮像により得られる複数の前記撮像画像内における前記対象物の視差に基づいて前記相対距離の候補を算出する第１算出方法、および前記ステレオカメラの撮像により得られる前記各撮像画像内における前記対象物のサイズに基づいて前記相対距離の候補を算出する第２算出方法のそれぞれにより算出される前記相対距離の候補に基づいて、前記相対距離を算出する請求項４に記載の定位置停止制御装置。
前記検出部は、さらに、前記対象物の形状、および前記対象物に表示された情報のうち少なくとも１つに基づいて、前記対象物により特定される前記所定位置に停止させる前記列車の属性を取得し、前記列車自身の前記属性と一致する前記属性が取得される前記対象物を検出する請求項１に記載の定位置停止制御装置。